[發明專利]一種鐘擺式電磁-摩擦復合能量采集器

在審

• 申請號: 201810607556.5
• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN108512390A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 田竹梅
• 申請（專利權）人: 忻州師范學院
• 主分類號: H02K35/02
• 分類號: H02K35/02;H02N1/04
• 代理公司: 太原華弈知識產權代理事務所 14108
• 代理人: 溫霞云

本發明公開了一種鐘擺式電磁?摩擦復合能量采集器，包括磁鐵組，在磁鐵組兩側分別設有扇形側板，所述磁鐵組由環形磁鐵及圓形磁鐵組成，在圓形磁鐵的兩側設有銅電極，在所述扇形側板與磁鐵組相鄰側設有摩擦發電薄膜，扇形側板的另一側凹槽內設有銅線圈，扇形側板的頂部設有與磁鐵組中的環形磁鐵孔匹配的凸臺，所述摩擦發電薄膜與扇形側板之間設有叉指電極。本發明將摩擦發電單元和電磁發電單元集成在扇形結構中，實現電磁和摩擦兩種能量采集方式的集成，相對于傳統的能源采集器，具有更高的換能效率。

技術領域

本發明屬于能源材料與器件技術領域，具體涉及一種鐘擺式電磁-摩擦復合能量采集器。

背景技術

近年來，移動式智能設備的聯網組成了物聯網的硬件基礎，但是如何保證物聯網的每個智能節點的能量供給成為一個新的問題。傳統的供能方式是使用電池，但是電池存在續航時間有限，環境污染等問題。環境中存在多種多樣的能量形式，其中環境振動能具有分布廣泛、清潔、容易獲取的優點，如果將機械振動能量轉化為電能為智能節點供電則是一種有效的解決方案。隨著微電子技術的不斷發展，電子設備的功耗不斷降低，使得器件的耗電量從毫瓦量級減小到微瓦量級。智能化電子設備的小型化和低功耗的特點，采集環境振動能量為其提供電能成為了一種理想且可行的解決方案。

機械能廣泛分布于周圍環境中，存在于機械振動、風動能、水流動能以及肌肉伸縮等各種情景中。在研究中，許多換能方式被采用，包括電磁感應、靜電感應、壓電效應和摩擦發電。摩擦發電是一種新型發電方式，依靠摩擦電效應造成電荷的集聚和轉移，相對于其他發電形式，摩擦發電具有結構簡單、換能效率高等優勢。然而，各種換能方式都具有一定局限性，不能達到對機械能的高效采集，故將具有互補工作模式的發電方式集成在同一器件上是一種可行性很高且有效的解決途徑。因此，設計一種新型的器件結構，實現多種采集方式相結合將大幅度提高采集效率，并具有廣闊的應用前景。

發明內容

本發明解決了現有技術的不足，提供了一種能夠實現多種采集方式高效采集機械能來滿足物聯網智能節點設備的供電問題的鐘擺式電磁-摩擦復合能量采集器。

本發明為了實現上述目的所采用的技術方案是：

一種鐘擺式電磁-摩擦復合能量采集器，包括磁鐵組，在磁鐵組兩側分別設有扇形側板，所述磁鐵組由環形磁鐵及圓形磁鐵組成，在圓形磁鐵的兩側設有銅電極，在所述扇形側板與磁鐵組相鄰側設有摩擦發電薄膜，扇形側板的另一側凹槽內設有銅線圈，扇形側板的頂部設有與磁鐵組中的環形磁鐵孔匹配的凸臺，所述摩擦發電薄膜與扇形側板之間設有叉指電極。本發明在受到外力作用時，圓形磁鐵發生擺動，在這個過程中，通過線圈區域的磁感應強度發生變化，產生感應電壓；磁鐵表面有金屬電極，與摩擦發電薄膜發生摩擦時，會造成摩擦發電薄膜表面區域發生電荷積累，由于靜電感應，摩擦發電薄膜背部的叉指電極兩極之間發生電荷轉移。本發明將摩擦發電單元和電磁發電單元集成在扇形結構中，實現電磁和摩擦兩種能量采集方式的集成，相對于傳統的能源采集器，具有更高的換能效率。

進一步地，所述磁鐵組由一個環形磁鐵及不少于兩個圓形磁鐵組成，所述環形磁鐵與圓形磁鐵環形磁鐵與圓形磁鐵之間的直徑由小至大依次排列，且環形磁鐵的直徑最小。

進一步地，所述環形磁鐵及圓形磁鐵之間的磁極方向呈交叉排列，用來保證相鄰磁鐵間相互吸附，形成線性磁鐵鏈。

進一步地，所述銅電極呈三角形分布，銅電極的軸向與磁鐵組軸向一致，且銅電極的級數與磁鐵組中圓形磁鐵的級數一致。

優選的，所述叉指電極的級數與銅電極的級數一致，且叉指電極中每級的每個獨立電極與銅電極的相同級的電極大小一致。

進一步地，所述凸臺呈圓柱狀，凸臺的側面一端與扇形側板連接，凸臺的側面另一端穿入環形磁鐵中央的圓孔內。

優選的，所述凹槽呈與銅線圈匹配的圓形，且凹槽設有不少于三個。